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8位250MSPS流水线型ADC的研究与设计
摘要：
本文主要研究并设计了一款8位250MSPS流水线型模数转换器（ADC）。本文通过对不同ADC结构的比较分析和选择，确定了使用流水线型ADC结构，以满足高精度和高速率的需求。设计采用了两级荷重放大器和三级MDAC结构，通过模拟电路分析和数字电路仿真对ADC的实现进行了详细的讨论和探究。仿真结果表明，该ADC在250MSPS的采样速率下，具有良好的线性度、噪声表现和抖动性能，并在频域内实现了高的信噪比。
关键词：流水线型ADC、250MSPS、荷重放大器、MDAC
Abstract:
Thispapermainlystudiesanddesignsan8-bit250MSPSpipelineADC.BasedonthecomparisonandanalysisofdifferentADCstructures,thispaperdeterminestheuseofpipelineADCstructurestomeettherequirementsofhighaccuracyandhighrate.Thedesignusesatwo-stageloadamplifierandathree-stageMDACstructure.Throughanalogcircuitanalysisanddigitalcircuitsimulation,theimplementationofADCisdiscussedandexploredindetail.ThesimulationresultsshowthattheADChasgoodlinearity,noiseperformanceandjitterperformanceat250MSPSsamplingrate,andachieveshighsignal-to-noiseratiointhefrequencydomain.
Keywords:PipelineADC,250MSPS,LoadAmplifier,MDAC
正文：
一、引言
在现代社会以及微电子系统的应用中，模数转换器（ADC）是一个重要的电子器件。而随着科技的发展和应用的需求增加，高精度和高速率的ADC已经成为发展的趋势。近年来，随着电子器件技术的不断更新迭代，使得ADC指标有了更大的提升和拓展。
本文主要探究的是8位250MSPS的流水线型ADC设计，选用流水线型ADC结构，以满足高速率和高精度的需求。该设计采用了两级荷重放大器和三级MDAC结构，通过模拟电路分析和数字电路仿真进行了深入探究，实现了ADC指标的最优化。
二、流水线型ADC结构
在模数转换器（ADC）中，流水线型ADC结构是最为常用的结构。它采用了工业上常见的流水线结构的原理，将单步的ADC拆分为多个阶段，使得转换过程变得更简单。在流水线型ADC中，每一个阶段都完成一个二进制比较器、一个选通逻辑、一个采样保持电路、一个模拟数字转换器（MDAC）和一个累加器等基本模块。
三、设计方案
基于目标和需求，进行元件的选择，对每个阶段的制造流程进行分析，最终得出设计方案。
（一）ADC基本参数
基于需求的限定，该流水线型ADC的参数要求如下：
分辨率：8位；
采样速率：250MSPS；
输入电压范围：0-1V；
信噪比：60dB；
线性度：±1LSB；
失调误差：±0.5LSB；
抖动误差：±0.5LSB。
（二）荷重放大器
荷重放大器是ADC中一个非常关键的部件，它用于缓冲并集中负载，并提高转换精度和增益。在该设计中，使用两级荷重放大器的目的在于将输入信号的幅度放大到合适的级别，以便ADS7846比较器在一定范围内工作。在第一级荷重放大器中，由一个普通的晶体管组成的由放大系数0.44的直流放大器使用Tschebyscheff方法完成电路设计；在第二级放大器中，采用了具有放大系数为5的交流放大器。在第一级和第二级放大器之间还有一个反相配置的电容。
（三）MDAC
模拟数字转换器通过将参考电压进行分配，并在每个阶段进行比较来实现实际的转换。在该设计中，MDAC采用了三级结构，由15个晶体管和一个比较器、一个开关电容和一个参考电压组成。MDAC中的比较器采用了极端的CMOS设计来实现快速开关。
（四）数字校正
数字校正处理有助于提高ADC的性能指标。在该设计中，使用微软的MATLAB进行模拟。模拟结果表明，使用数字校准可以扩展ADC输入范围并提高线性度和加倍模拟电路中的精度。
四、仿真结果
进行数字仿真之前，采用PSPICE对电路进行了模拟，并得出了理论数值和输出波形。进行数字电路仿真时，绘制了ADC性能参数与输入频率之间的图线。图线显示了在该设计的指标下，ADC具有高的信噪比、高的线性度和高的抖动性能。
五、结论
本文主要